陜北黃土高原原油污染現(xiàn)狀及修復(fù)方法

王建文

[摘 要]本文以陜北黃土高原原油污染現(xiàn)狀為研究背景，分析了原油污染物的種類和來(lái)源，以及原油污染對(duì)土壤理化性質(zhì)和人體健康的影響。討論了不同修復(fù)技術(shù)對(duì)原油污染土壤的修復(fù)原理和特點(diǎn)，提出種植優(yōu)勢(shì)植物較適合黃土高原原油污染土壤修復(fù)。

[關(guān)鍵詞]黃土高原;原油污染;修復(fù)方法

[中圖分類號(hào)]S275.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，原油已成為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活不可或缺的物質(zhì)能源。陜北黃土高原區(qū)作為我國(guó)重要的能源基地之一，在原油的勘探、開(kāi)采、煉制、貯運(yùn)過(guò)程中，常常因操作不當(dāng)、事故泄漏和鉆井廢渣、廢液處理不當(dāng)，導(dǎo)致原油等烴類污染物進(jìn)入土壤，堵塞土壤孔隙、降低生物多樣性、破壞土壤微環(huán)境。特別是原油中具有致癌、致畸、致突變等多環(huán)芳烴毒性物質(zhì)進(jìn)入土壤，因其具有較強(qiáng)的疏水性而在土壤中沉積，并隨食物鏈影響人體健康。因此，原油污染土壤已經(jīng)成為一個(gè)世界性的環(huán)境問(wèn)題。

本文針對(duì)陜北黃土高原原油污染現(xiàn)狀和特點(diǎn)，討論了植物修復(fù)技術(shù)對(duì)黃土區(qū)原油污染土壤修復(fù)的實(shí)用性。目前，甄麗莎等研究了黃土高原石油污染土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其代謝特征，表明陜北黃土高原原油污染土壤具有良好的可生物修復(fù)性;陳立等采用原位生物修復(fù)技術(shù)對(duì)陜北石油污染土壤的試驗(yàn)表明，地質(zhì)微生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)陜北黃土區(qū)原油污染土壤修復(fù)的實(shí)用性;時(shí)騰飛等研究了胡枝子、紫穗槐、紫花苜蓿和沙打旺等灌草植物對(duì)油污土壤的修復(fù)效果;張麟君等通過(guò)研究植物體內(nèi)原油污染的含量等指標(biāo)，篩選出耐油較強(qiáng)的刺槐、側(cè)柏、小葉楊、狼牙刺、沙棘、冰草、紫穗槐和鐵桿蒿作為原油污染土壤修復(fù)的優(yōu)勢(shì)種;王金成等采用金盞菊和微生物菌株進(jìn)行聯(lián)合培養(yǎng)，對(duì)隴東黃土區(qū)油污土壤進(jìn)行修復(fù)研究;王晨霞等研究了在油污土壤種植沙棘、刺槐等不同4種植物根系區(qū)微生物的多樣性，表明刺槐是植物—微生物聯(lián)合修復(fù)油污土壤的首選植物之一。

1 原油污染的來(lái)源

1.1 原油的理化性質(zhì)

原油，又稱石油，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期地質(zhì)變化形成的天然有機(jī)物質(zhì)，為黑褐色黏稠液態(tài)或半固體態(tài)可燃碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮饕懈鞣N烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，以及部分瀝青質(zhì)和膠質(zhì)等。原油密度為0.8-1.0g/cm3，沸點(diǎn)為常溫500℃以上，難溶于水，可溶于有機(jī)溶劑。原油中烴類物質(zhì)約占95%～99.5%（不含重稠油），其余為含氧、氮、硫、金屬等雜質(zhì)的非烴化合物。烴類又可以進(jìn)一步細(xì)分為烷基石油、中間基石油、環(huán)烷基石油、芳香基石油。按密度范圍分為輕質(zhì)原油、中質(zhì)原油和重質(zhì)原油。目前，世界上消費(fèi)的主要是輕質(zhì)和中質(zhì)油，組成元素一般為碳（83%～87%）、氫（11%～14%），其余為氮（0.02%～1.7%）、氧（0.08%～1.82%）、硫（0.06%～0.8%）及微量金屬元素（鎳、釩、汞、鐵等）。

石油污染物包含原油、原油類加工產(chǎn)品和各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的分解產(chǎn)物，其中苯、庚烷、苯并α芘、苯并α蒽等物質(zhì)毒性較強(qiáng)、降解難度較大。在所有的原油污染物中，烷烴類是土壤的主要污染物，占主要成分的50%以上，多環(huán)芳烴類化合物為持久性有機(jī)污染物，屬于難被微生物降解的污染物。分子量較小的短鏈烷烴類易被微生物降解，而分子量大的長(zhǎng)鏈烷烴和芳香烴較難被生物降解，對(duì)環(huán)境的影響較為持久。

1.2 原油污染的來(lái)源

原油污染物在油田開(kāi)發(fā)、原油加工過(guò)程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能進(jìn)入土壤環(huán)境，污染源具有分布廣、隨機(jī)性大、影響的綜合性、多重性等特點(diǎn)。土壤可承受的原油烴濃度為500mg/kg，超過(guò)這一濃度界限便可認(rèn)定該土壤受到原油污染。李小立等研究了陜北燕溝和巴家河典型流域油田的土壤、地表水石油污染特征，表明陜北黃土油田土壤和地表水均受到不同程度的原油污染。原油污染的來(lái)源可分為直接和間接兩種：

（1）間接污染源。油田開(kāi)采產(chǎn)生的含油泥漿、礦渣，采油鉆井、清洗檢修設(shè)備和原油脫水產(chǎn)生含油廢水，這些廢渣、廢水因處理不當(dāng)、隨意堆積、雨水沖刷等進(jìn)入土壤，造成污染。

（2）直接污染源。因自然、人為因素引起的事故污染。自然因素包括自然災(zāi)害、井噴、設(shè)備故障、管道滲漏、運(yùn)輸車(chē)輛交通事故造成的原油泄漏;人為事故包括人為造成采油設(shè)備、輸油管線破壞，運(yùn)輸車(chē)輛事故等污染。

2 陜北黃土高原原油污染現(xiàn)狀及影響

2.1 污染現(xiàn)狀及特點(diǎn)

陜北地區(qū)作為我國(guó)重要的能源基地，現(xiàn)已探明原油儲(chǔ)量達(dá)11億噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年經(jīng)各種途徑進(jìn)入環(huán)境的原油約有60萬(wàn)噸，陜北地區(qū)原油污染土壤面積已超過(guò)708.16萬(wàn)公頃。安塞縣一處油井附近地表以下12-16cm處土壤中總石油烴（TPHs）濃度高達(dá)21426mg/kg，油井的油泥樣品中TPHs含量均超過(guò)60000mg/ kg，對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行5年左右的油井井場(chǎng)土壤，石油污染強(qiáng)度可達(dá)1000-100000mg/kg。石油油罐、油管儲(chǔ)存輸送也存在嚴(yán)重的泄漏問(wèn)題，安塞縣某地罐底0-16cm處土壤中TPHs濃度達(dá)66160-21426mg/kg，油管泄漏處高達(dá)183828mg/kg（干土）。研究表明，黃土壤原油的最大檢出遷移深度為30cm，0-20cm土層石油烴含量明顯高于20-40cm土層石油烴含量，開(kāi)采區(qū)落地原油污染主要集中在0-20cm表層中，這部分土層對(duì)植物的生長(zhǎng)又最為重要。

另外，陜北黃土高原油井多為單井作業(yè)，分布散、面積廣，且油井多位于海拔較高的梁坡上，井場(chǎng)周?chē)ǔＦ旅孑^陡，原油污染較易伴隨降雨和水土流失向流域下游轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致污染面積進(jìn)一步增加，生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)一步受到影響。

2.2 原油污染土壤造成的影響

陜北黃土高原位于西北干旱區(qū)，地貌以黃土梁峁、溝壑為主，地形高低起伏、支離破碎，主要為黃綿土，顆粒粒徑較小，表面吸附能力強(qiáng)。原油污染物進(jìn)入土壤環(huán)境后發(fā)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)及生物綜合反應(yīng)，經(jīng)過(guò)不斷遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程，對(duì)土壤局部生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)作物、人類健康會(huì)造成嚴(yán)重的影響。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）堵塞土壤孔隙、改變土壤結(jié)構(gòu)。因原油的密度小、黏著力強(qiáng)且乳化能力低，在土壤中易與土壤顆粒粘連，減小土壤的通透性。另外，大多數(shù)石油污染物呈疏水性，當(dāng)大量的原油污染物黏附在土壤顆粒表面后，會(huì)使得土壤顆粒由親水性逐漸變?yōu)橛H油性，進(jìn)一步降低土壤質(zhì)量和通透性。

（2）影響植物根系呼吸及吸收作用。原油污染物會(huì)附著在植物的根系表面，形成黏膜，抑制根系的呼吸作用和對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)一步造成植物根系的腐爛，影響植物生長(zhǎng)。

（3）污染地下水環(huán)境。不易被土壤顆粒吸附的原油污染物可隨地表徑流和土壤水分的移動(dòng)逐漸下滲到地下水環(huán)境中，造成地下水污染。

（4）與土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合。石油中富含的反應(yīng)基能與無(wú)機(jī)氮、磷結(jié)合，限制硝化作用和脫磷酸作用，降低土壤中的有效磷、氮含量，進(jìn)而影響植物的營(yíng)養(yǎng)吸收。

（5）改變土壤中的微生物群落。原油污染可引起土壤中各種微生物種群活細(xì)胞數(shù)量、組成結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致土壤微生物群落和區(qū)系發(fā)生變化。

（6）通過(guò)食物鏈富集，影響人體健康。原油中所含的多環(huán)芳烴具有致癌、致畸和致變等作用，這些組分可以通過(guò)生物鏈在動(dòng)、植物體內(nèi)逐級(jí)富集，最終進(jìn)入人體，影響人體健康。潘峰等研究了在油污土地種植油菜、小麥和蘋(píng)果等農(nóng)作物監(jiān)測(cè)原油有機(jī)污染物的變化情況，表明土壤中的原油污染物可以轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，富集在末端組織，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體。

3 原油污染土壤修復(fù)方法

3.1 現(xiàn)有常用修復(fù)方法

目前，原油污染土壤修復(fù)方法可分為：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和綜合修復(fù)。

（1）物理修復(fù)法。其機(jī)理是將原油污染物通過(guò)物理變化過(guò)程進(jìn)行轉(zhuǎn)移，但不能從根本上解決問(wèn)題;如處理不當(dāng)還會(huì)引起二次污染。目前，主要包括加熱處理法、隔離法、置換法、焚燒法、濃縮干化法、吹脫法等，這些方法多運(yùn)于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

（2）化學(xué)修復(fù)法。該方法主要是通過(guò)添加淋洗液、表面活性劑或其他沖洗助劑來(lái)洗滌原油污染土壤等，改變土壤與原油污染物之間黏著力，使得原油污染物進(jìn)入到淋洗液中，從而達(dá)到修復(fù)的目的。其中，溶劑萃取技術(shù)因在短時(shí)間內(nèi)可快速有效地去除土壤中的有機(jī)污染物質(zhì)而被廣泛應(yīng)用。常用的方法還有表面活性劑淋洗技術(shù)、化學(xué)氧化技術(shù)和光催化技術(shù)等。

（3）生物修復(fù)法。該方法是利用微生物、植物的代謝活動(dòng)降解或遷移土壤中的原油污染物，從而使得受污染土壤恢復(fù)的過(guò)程。生物修復(fù)與化學(xué)、物理修復(fù)方法相比，因具有修復(fù)費(fèi)用低、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。但存在修復(fù)周期長(zhǎng)、影響因子復(fù)雜的特點(diǎn)，且對(duì)被修復(fù)土壤的環(huán)境條件要求也較高。

（4）綜合修復(fù)方法。近年來(lái)，各種綜合修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的修復(fù)技術(shù)得到了廣泛的研究和應(yīng)用，如溶劑萃取-化學(xué)氧化聯(lián)合修復(fù)、微生物-植物聯(lián)合修復(fù)、溶劑-表面活性劑聯(lián)合修復(fù)等方法。其中，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ纳镄迯?fù)技術(shù)，植物及其根際微生物形成共生關(guān)系，通過(guò)呼吸代謝作用相互促進(jìn)有機(jī)污染物質(zhì)的降解。

3.2 陜北黃土高原原油污染土壤修復(fù)方法

（1）植物修復(fù)方法：陜北黃土高原原油污染土壤多為灌草地，能夠耐受原油污染的灌草植物是當(dāng)?shù)赝寥佬迯?fù)的首選方法，特別是本身就能改良土壤的豆科灌草。一是植物可直接吸收有機(jī)污染物，并在其組織中積累無(wú)毒性的代謝物;二是植物根系釋放到土壤中的酶可直接降解部分化合物。研究表明，在陜北黃土高原種植冰草、鐵桿蒿、狼牙刺、沙棘、檸條、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿可作為原油污染土壤修復(fù)的優(yōu)勢(shì)耐性植物。山寶琴等選取了6種適應(yīng)陜北生長(zhǎng)的豆科植物，分析不同濃度原油污染土壤中植物的長(zhǎng)勢(shì)表明，黃綿土-紫花苜蓿-低濃度污染和黃綿土-刺槐-高濃度污染兩個(gè)組合對(duì)油污土壤修復(fù)具有較大潛力。

（2）微生物修復(fù)方法：陜北黃土高原原油污染土壤具有良好的可生物修復(fù)性，可通過(guò)外投氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素，刺激土著石油降解菌的生長(zhǎng)，提高原油污染物降解速率。但是，微生物菌株受環(huán)境影響較大，成活率低，穩(wěn)定性差，成為微生物修復(fù)技術(shù)的明顯弊端，且目前主要停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，大規(guī)模工程化應(yīng)用仍較少。

4 結(jié)語(yǔ)

原油在開(kāi)采、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，因自然和人為因素導(dǎo)致原油污染物進(jìn)入土壤環(huán)境，破壞土壤結(jié)構(gòu)，影響生物種群，危害人體健康。針對(duì)陜北黃土高原原油污染現(xiàn)狀和環(huán)境特點(diǎn)，植物修復(fù)技術(shù)具有處理成本低、吸收污染物的生物量大且美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，建議在陜北原油污染土壤種植冰草、鐵桿蒿、狼牙刺、沙棘、檸條、紫穗槐、毛苕子和紫花苜蓿等優(yōu)勢(shì)耐性植物。

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